СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/32 

Изобретение относится к процессам биологической очистки и обеззараживания природной воды с использованием бактерицидного ультрафиолетового облучения и предназначено для получения экологически чистой питьевой воды и воды для точных технологических операций.

В настоящее время известны направления развития данного процесса, наиболее представительным из которых является способ обработки воды с помощью озона [1]
Существенным и очевидным недостатком этого способа является обеззараживание воды методом окисления, что отрицательно сказывается на долговечности сосудов и магистралей, подвергающихся при этом сильной коррозии, оказывает также негативное отрицательное воздействие на живые организмы. Кроме того, способ малоэффективен, так как в процессе его не поражаются многие вирусы и не очищается вода от бактерий, и требуются значительные затраты на электроэнергию и оборудование.

Наиболее близким к изобретению по сущности является способ очистки и обеззараживания воды, включающий воздействие ультрафиолетовым облучением на обрабатываемую воду в емкости [2] УФ-облучение воды оказывает на нее бактерицидное воздействие, не позволяя развиваться вредным для живых организмов бактериям.

Однако данный способ обладает и существенными недостатками, заключающимися в его принципиальном процессе, при котором только единственное УФ-облучение не приводит к поражению некоторых видов вирусов, из которых наиболее опасными и выживаемыми являются возбудители кишечных и паразитарных заболеваний, вирусы гепатита, полимиелита и другие инфекционные возбудители. При этом пораженные бактерии остаются в объеме воды, вода не подвергается тонкой биологической очистке, что приводит к ухудшению ее вкусовых, цветовых и эстетических качеств. Возможность повторного процесса обработки того же объема воды дает низкие результаты ввиду увеличения степени мутности, снижения степени прозрачности, сводит способ к малоэффективному, так как высоту воды (от дна емкости до раздела вода-воздух) резко уменьшают для повышения гарантии обеззараживания воды.

Предлагаемый способ очистки и обеззараживания воды предусматривает существенное повышение эффективности процесса ее очистки и обеззараживания при одновременном и взаимосвязанном осуществлении этих двух операций, получение характеристик обработанной воды по вкусовым, цветовым и эстетическим показателям, соответствующим требованиям ВОЗ за счет одновременного бактерицидного, протозооцидного и вирулицидного воздействия с сорбированием биоосадка и подачей потребителю экологически чистой воды.

Эти преимущества в предлагаемом способе очистки и обеззараживания воды, включающем воздействие ультрафиолетовым облучением на обрабатываемую воду и емкости, достигаются за счет осуществления процесса в закрытой емкости, в которой в обрабатываемую воду предварительно вводят отмытый и иэмельченный кремень, а к ультрафиолетовому облучению дополнительно и одновременно используют облучение дневным светом от гелий-неоновых ламп.

Предлагаемый способ обработки и обеззараживания воды осуществляется с помощью установки, содержащей камеру обработки в виде закрытой емкости, имеющей на стенках теплообменник в виде водяного холодильника. На дне емкости или на любой высоте, закрываемой обрабатываемой водой, уложен отмытый от пылевидных и загрязняющих примесей и измельченный (дробленный до фракций 5-35 мм) кремень. Под крышкой емкости закреплен источник ультрафиолетового облучения (УФО) и источник облучения дневным светом (ДС). В качестве УФО используют лампу типа БУВ-30, в качестве источника ДС лампы типа ЕВЗ ЛП-2 гелий-неоновые.

Для контроля теплового режима используют встроенный термометр. Для заполнения и слива емкость имеет верхний и нижний патрубки. Процессы очистки и обеззараживания воды раскрываются осуществлением способа на примерах.

П р и м е р 1. Для экспериментальной проверки способа изготовлена емкость с параметрами рабочей камеры 150 см х 200 см х 130 см, рабочим объемом 300 дм³, зазором между разделом вода-воздух и верхней крышкой 25-30 см. Часть рабочего объема емкости заполнена предварительно кремнем природным горным минеральным материалом, который до размещения в емкость отмывают от пыли и загрязняющих включений и колят (дробят) на фракции 5-35 мм, высоту кремневой подушки выбирают в зависимости от объема емкости (в данном случае 35-50 мм). Под крышкой закрепляют лампу УФО и лампы дневного света. По полости водяного холодильника производят циркуляцию воды и по показаниям термометра следят за тепловым режимом в емкости, выдерживая его в пределах 16-24^оС.

После такого оснащения и настройки установки в ее рабочий объем через верхний патрубок подают исходную воду, загрязненную для ухудшения показателей по рН, щелочности, цветности, мутности, окисляемости, содержанию железа, алюминия и ведут очистку и обеззараживание воды, используя три эффекта разработанного способа: ионосорбционные бактерицидные свойства кремня при облучении его УФО и дневным светом, ультрафиолетовое бактерицидное облучение и облучение дневным светом, усиливающее эффект УФО за счет диффузии в водном объеме и активации катализатора-кремня при совокупности облучений. Мощность ламп УФО выбирают в пределах 20-60 Вт, а ламп дневного света в пределах 40-80 Вт, проводят непрерывную экспозицию обоих излучений в период всего заданного времени обработки воды. В процессе обработки воды проводят отбор через нижний патрубок, через который подают воду потребителю, на анализ химических, физико-химических и вкусовых показателей. Для сравнения полученных показателей обработанной воды проводят параллельную обработку такого же состава воды в установке по прототипу с помощью только одного УФО при той же мощности ламп. Сравнительные данные (табл.1) показывают очевидное повышение эффективности предлагаемого способа по сравнению с известным.

П р и м е р 2. В рабочий объем камеры обработки (в примере 300 дм³) подают исходную воду, контаминированную кишечной палочкой, штамм М-16 концентрацией 3 млрд. микробных клеток, что считается очень высокой концентрацией по ИСО 6777-84; аналогичную концентрацию штамма М-16 вводят в объем обработки воды, также 300 дм³, по прототипу.

Обработка такой зараженной воды в прототипе ведется УФО, по разработанному способу обработку ведут четырьмя процессами; с использованием УФО + дневного света + кремня (одновременно три воздействия); для сравнения эффективности внутри предлагаемого способа ведут также отдельные обработки в камерах объемом 300 дм³, но с использованием УФО + дневного света, УФО + кремень, дневной свет (ДС) + кремень (табл.2).

При обработке в самом ее начале, в процессе обработки и в конце обработки, перед подачей воды потребителю в объемах всех указанных камер обработки по предлагаемому способу и прототипу определялось микробное число (м.ч.) и коли-индекс (к.и).

Стадии Показатели Показатели процесса обработки изобретения прототипа
Начало обработки м.ч. 12/9318 м.ч. 12/9318
к. и. 11/8925 к.и. 12/9547 Течение м.ч. 9/8106 м.ч. 48/33723 процесса к. и. 4/3004 к. и. 54/62101 обработки к.и. 2/336 к.и. 98/58180 Окончание м.ч. 1/11 м.ч. 70/29451 процесса к.и. 0/0 к.и. 82/24903 обработки где показатели изобретения учтены по графе 5 табл.2.

Анализ полученных результатов, отраженных в табл.2 (сводные данные), свидетельствуют о высокой степени бактерицидности воды, полученной по обработке предлагаемым способом: вода очищена от штамма М-16, обеззаражена и по санитарным нормам пригодна для использования в питьевых, медицинских и хозяйственно-бытовых целях.

В то время как обработкой по прототипу вообще не добиваются эффекта очистки и обеззараживания воды от штамма М-16, вода остается опасной и непригодной по санитарным нормам для использования.

Полученные фактические данные свидетельствуют о высокой степени эффективности предлагаемого способа очистки и обеззараживания воды.

П р и м е р 3. В обрабатываемый объем (300 дм³) исходной воды в установку по предлагаемому способу и по прототипу внесены параллельно дозы культурального вируса гепатита А в количестве 125 млн. микробных ед. При обработке воды во всех четырех вариантах (табл.3) предлагаемого способа только в варианте графы 5, где использован УФО + ДС + кремень, наблюдалось существенное снижение концентрации вируса до его полного уничтожения, вода приобрела вирулицидные свойства. В способе-прототипе вода подвергалась воздействию обрабатывающего ультрафиолетового облучения даже при превышении нормативной дозы УФО в 2-3 раза, что показывает "беспомощность" УФО как средства воздействия на данный вирус гепатита А.

При проведении всех трех приведенных примеров экспериментальной проверки предлагаемого способа в сопоставлении его показателей с известным способом режимы обработки воды выбирались:
проток воды в камере обработки (подача через верхний патрубок, отвод через нижний патрубок при скорости смены объема камеры (300 дм³) от 1 до 2,5 ч, то же от 0,3 до 1,0 ч;
проток при расходе 0,15 м³/ч с циклической остановкой течения (перекрытие обоих патрубков) на 0,1-0,5 ч, последующее ламинарное течение расход от 0,05 до 0,1 м³/ч;
первоначальная остановка протока (стоячая вода) на 0,5-1,0 ч, далее проток при расходе 0,1 0,3 м³/ч и подача потребителю.

Естественно, что в данных примерах экспериментальной проверки все исходные параметры привязаны к установке в 300 дм³ рабочей камеры (при других объемах установок параметры будут меняться по расходу, поступлению, мощности излучений и объему кремня на каждый конкретный объем камеры). Однако выбранные удельные мощности и величина кремневой загрузки будут расти пропорционально увеличению объема камеры обработки и скорости протекания (расхода) воды.

Сводные данные по описанному процессу приведены, как указано выше, в табл. 1, 2 и 3 и показывают преимущества предлагаемого способа очистки и обеззараживания воды перед известными способами.

Использование: в медицинских, детских школьных и дошкольных учреждениях для получения экологически чистой питьевой воды. Сущность изобретения: специально подготовленный и измельченный кремень в закрытой емкости в присутствии света и ультрафиолета при оптимальной температуре оказывает на воду бактерицидное и вирулицидное действие с одновременным снижением уровня железа и углекислоты в два раза. Устройство содержит емкость из нержавеющей стали объемом 300 дм³ водяной холодильник, две лампы дневного света ЕВЗ ЛП-2 и одну лампу УФО типа БУВ-30, встроенный термометр, пульт управления. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ, включающий воздействие на обрабатываемую воду в емкости ультрафиолетовым облучением, отличающийся тем, что процесс ведут в закрытой емкости, в обрабатываемую воду предварительно вводят отмытый и измельченный кремень, а с ультрафиолетовым облучением дополнительно и одновременно используют облучение дневным светом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника дневного света используют гелий-неоновые лампы.